2025年高中化学竞赛科学传播与科普写作试题（一）

2025年高中化学竞赛科学传播与科普写作试题（一）一、选择题（共30分，每题3分）2025年诺贝尔化学奖授予金属有机框架（MOFs）材料的开发者。下列关于MOFs材料的说法错误的是（）A.由金属离子与有机配体通过配位键构建三维晶体结构B.框架内部的空腔可用于气体吸附与分离C.合成时需控制金属离子与配体的比例以形成稳定结构D.因含金属元素，该材料属于新型无机非金属材料某MOFs材料由Zn²⁺与对苯二甲酸（C₈H₆O₄）构建，晶胞参数为a=2.5nm。下列说法正确的是（）A.化学式可直接表示为ZnC₈H₆O₄B.晶胞中Zn²⁺的配位数取决于有机配体的结构C.材料孔径大小与对苯二甲酸分子长度无关D.升温会增强其对CO₂的吸附能力下列关于化学与能源的说法错误的是（）A.MOFs储氢原理与金属氢化物不同，前者基于物理吸附B.单原子催化剂能降低电解水活化能，提高氢能转化效率C.锂离子电池能量密度高于铅酸电池，因Li⁺摩尔质量更小D.人工光合作用将CO₂转化为燃料，符合“碳中和”理念下列实验方案能验证MOFs材料吸附性的是（）A.将MOFs粉末加入溴水中，观察褪色速率B.测定MOFs材料在不同温度下的分解速率C.比较相同质量MOFs对N₂和O₂的吸附量D.向MOFs悬浊液中加入NaCl溶液，观察是否分层门捷列夫在1869年提出元素周期律时，未包含的元素类别是（）A.碱金属B.稀有气体C.过渡金属D.卤素关于有机化学中的立体异构现象，下列说法正确的是（）A.顺-2-丁烯与反-2-丁烯的沸点差异源于官能团异构B.手性分子与其镜像的旋光方向相反但大小相等C.环己烷的椅式构象中，所有C-H键均处于同一平面D.对映异构体的化学性质在任何条件下都完全相同下列关于无机元素化学的说法错误的是（）A.硫酸铜晶体（CuSO₄·5H₂O）中，4个水分子与Cu²⁺配位形成平面四边形结构B.高锰酸钾的强氧化性与其分子中Mn的高氧化态（+7）相关C.铁与稀硝酸反应时，产物仅为Fe(NO₃)₃和NO气体D.铝热反应中，Al作为还原剂可还原比其活泼性弱的金属氧化物晶体结构分析显示，某MOFs材料的晶胞中含有4个Zn²⁺和4个对苯二甲酸根离子。该晶胞的空间利用率主要取决于（）A.配体分子的对称性B.金属离子的电荷数C.晶胞的边长大小D.空腔体积与晶胞体积之比下列关于化学史的说法正确的是（）A.拉瓦锡通过电解水实验证明了水的组成B.侯德榜发明的“联合制碱法”同时生产纯碱和氯化铵C.居里夫人发现的镭元素属于主族元素D.鲍林提出的价键理论无法解释氧气分子的顺磁性下列生活现象与化学原理对应错误的是（）A.铁锅生锈——铁的吸氧腐蚀B.84消毒液与洁厕灵混用产生有毒气体——Cl⁻与ClO⁻在酸性条件下反应C.用小苏打发酵面团——碳酸氢钠受热分解产生CO₂D.银器表面变黑——Ag与空气中的N₂直接反应生成Ag₃N二、简答题（共40分）（一）化学基本原理与MOFs材料（15分）某MOFs材料对CO₂的吸附过程符合朗缪尔吸附模型，在298K时的吸附平衡常数K=1.2×10⁴Pa⁻¹。若体系中CO₂分压为100Pa，计算该材料对CO₂的覆盖率θ（θ=KP/(1+KP)，结果保留两位有效数字）。（5分）用文字描述MOFs材料吸附CO₂的微观过程，并解释为何低温有利于提高吸附量。（5分）简述MOFs材料在“碳中和”中的两种应用场景，并写出其中一种场景涉及的化学反应方程式（如CO₂与H₂的催化转化）。（5分）（二）有机化学与生活（15分）青蒿素（C₁₅H₂₂O₅）是抗疟疾的重要药物，其分子结构中含有过氧键（-O-O-）和内酯环。（1）写出过氧键的电子式；（2分）（2）解释为何青蒿素在高温下易失去药效；（3分）（3）设计一个简单实验验证青蒿素的氧化性（写出实验方案和预期现象）。（5分）食品包装中常用的聚乙烯（PE）和聚乳酸（PLA）材料中，哪种更易降解？结合分子结构说明理由。（5分）（三）无机元素与晶体结构（10分）向CuSO₄溶液中滴加氨水，先产生蓝色沉淀，继续滴加沉淀溶解形成深蓝色溶液。写出两步反应的离子方程式，并指出最终产物中Cu²⁺的配位数。（6分）某MOFs材料的晶胞参数为a=b=c=1.0nm，属于立方晶系。若用X射线衍射法测定其晶体结构，使用Cu-Kα射线（波长λ=0.154nm），计算（111）晶面的衍射角θ（布拉格方程：2dsinθ=λ，d=a/√(h²+k²+l²)）。（4分）三、创意表达题（共50分）（一）微观世界的诗意表达（15分）以“MOFs的自白”为题创作一首短诗（不少于10行），需体现MOFs材料的结构特征（如金属节点、有机配体、空腔等）和功能（如吸附、分离、催化等）。示例（以“水”为题）：“两个氢原子是我的左膀右臂，氧原子居中编织V形拥抱，键角104.5°是自然的密码，让我在冰点凝结成六边的雪，在沸点化作云的翅膀。”（二）化学史的跨时空对话（20分）假设你能与两位科学家对话，从以下组合中任选一组，设计一段对话脚本（400-500字），需体现其研究成果与现代化学的联系。可选组合：门捷列夫（元素周期律）与MOFs材料开发者居里夫人（放射性研究）与现代核化学研究者侯德榜（制碱法）与碳中和技术专家要求：包含3轮问答，涉及具体化学概念；体现科学传承与创新；加入生活化场景（如实验室观察、品茶等）。（三）未来化学的创想蓝图（15分）以“2050年的化学实验室”为题，描述一个基于MOFs材料的未来化学应用场景（300-400字），需包含：该场景解决的现实问题（如能源短缺、环境污染等）；MOFs材料的核心功能（如高效催化、智能分离等）；至少涉及1个化学方程式或结构示意图（用文字描述）。四、科普写作题（共30分）以“小晶体，大世界——MOFs材料如何改变我们的生活”为题，撰写一篇科普短文（500-600字），要求：结合2025年诺贝尔化学奖背景，解释MOFs材料的结构特点；举例说明MOFs在日常生活中的3个应用（如空气净化、食